浅谈降低工业站场配电设计中的电能消耗方案

山东莱克工程设计有限公司 孟凡竹

为积极响应国家“碳达峰、碳中和”的目标，如何在保障生产需求的同时，有效降低电能消耗，成为当前工业领域亟待解决的问题。通过本文的研究，期望能够为工业站场的绿色发展和能源利用效率的提升贡献一分力量。

1 针对不同要因制定对策并模拟实施

1.1 现状调查及原因分析

以本公司参与设计的、已运行5～10年的某项目为基准进行调查，包括长输管道、油田内、陆地油气处理这三类项目25个站场，共统计导致电能消耗大的原因有四个：缺少相应的节能降耗方案、配电线路配置不合理、电机运行损耗大、三相电源不平衡。通过频率累计找到了导致市电电能消耗大的主要问题症结为缺少相关节能方案，大部分站场仅考虑建设，未考虑远期投运后的长期耗电。从人、机、料、法、环5个方面进行分析查找导致电能消耗的因素，如图1所示，从不同角度出发，找出了导致站场电能消耗大的9条末端因素和2个要因：无降低市电电能消耗方案；空调负荷大。

图1 电能消耗大原因分析图

1.2 探索其他形式供电方案（针对要因1：无降低电能消耗方案）

以广西桂林地区的输气站为例，温湿度大，最大连续无光日为6天，站内总用电负荷26.84kW，年用电量为23.51×104kWh，进行市电与太阳能方案比选，比选结果如表1所示。综合对比，市电方案占地面积小，运行成本逐年增加；离网太阳能方案供电可靠性差、占地面积大，但能实现自发自用，两种方案均无法达到节能降耗的目的。将一部分市电用绿电提代的方案：即采用以市电供电为基础，利用有限的位置设置并网光伏发电装置，站内自发自用，余电不上网。

表1 供电方案比选表

更改主接线配置：在原有市电、发电机进线双电源切换的基础上，增加光伏进线回路，如图2所示；空间布置：工业站场的无人值守站内，除装置区外所有设备成橇，利用预装式变电站和橇装机柜间两个橇体上方的空间，做光伏棚[1]，即可遮阳挡雨，也无需额外征地，还可以利用光伏发电并网减少站内用电消耗。

图2 光伏并网主接线图

1.3 对空调外橇体外壳进行保温(针对要因2：空调负荷大)

空调负荷大原因：使用温度测量仪器对环境温度进行测量和记录，结合现场空调所在位置、运行状态、温度变化的情况进行调研。经广西、四川、陕西、黑龙江四个省橇装设备运维人员反馈，多站的橇装结构的屋体均无法满足其内设备运行温度要求，为了达到设备及人员操作的环境温度（26℃）需要空调进行降温或升温，空调大功率运行时噪音大、空调表面温度高，空调均按75%以上的功率运行，大功率运行时的耗电量大。

探索新材料：空调容量的选型依据包括房间面积、朝向、橇体内部设备的散热量和橇体隔热性，前三者对于站场工程而言无法调整，那么橇体的隔热性能则直接影响空调负荷在电力系统中用电负荷的占比。目前反射型辐射制冷膜在多个领域有应用，例如工业领域的户外柜体，将反射膜贴在橇装设备的表面，可以让温度较高的柜体外壳向外辐射的能量不与大气层进行热传递，从而降低能耗。

实施效果：采用反射型辐射智冷模，将空调所处橇装设备外壳进行包裹，利用反射膜的反射原理，实现了空调所处橇装设备的外壳保温。室内外温差减少了8～11.4℃，减少了空调长时间大功率运行的情况，大大降低了电能消耗。实施前后空调负荷占比如图3所示。

图3 各地区橇装设备内外温差及空调负荷占比

图4 分输站太阳能光伏棚布置图

2 工业站场降低电能损耗的应用分析

2.1 站场并网光伏设计

光伏发电装置的空间布置：与地面光伏发电系统设计不同，工业站场的光伏发电系统方阵设计受到面积限制，需要根据所在地的气候环境特点，重点分析该地区太阳能资源情况、周围建筑和工艺装置的遮挡等因素，最终合理确定发电功率配套系统[2]。光伏系统的装机容量很大程度上取决于安装的太阳能电池板的面积，因此要确保有足够的可利用面积来安装光伏板。以广西地区一站场为例，在SmartPlant 三维软件中进行3D 建模，利用两橇上方空间布置光伏棚，立柱安装，无需额外征地，光伏棚面积18m×5m=90m2。

并网光伏系统的组成：光伏组件。太阳能光伏板是光伏发电系统中的核心部分，其作用是将太阳能转换为电能。太阳能光伏板的质量直接关系到整个光伏发电系统的光电转换效率。考虑检维修通道等尺寸，共可放540Wp 光伏组件24块，安装容量为12.96kWp；逆变器。是光伏系统的重要组成部分，主要负责将太阳能电池板产生的24V 直流电转换成220V 交流电，以便接入站内低压电网进行补充供电[3]；并网柜。小型光伏发电系统经过逆变器整流后转换成AC380V 50Hz 电源，光伏电源需与正常电网之间设置合理的并网方式，保证电源的可靠运行。并网接入点一般选择在站场低压母线上，并网柜与低压母线的总配电进线处设置双电源转换开关和防逆流装置，防止向市电电网反送电，实现站内电能的自发自用，余电不上网。

计算年辐射量：利用PVsyst7.2软件计算年辐射量，输入地理坐标、采光面倾角和方位角，经计算广西地区年辐射总量为1194kWh/m2。发电量计算如下：Ep=Ha×PAZ/ES×K，其中：Ha为水平面太阳能总辐照量（kWh/m2，峰值小时数）；Ep为上网发电量（kWh）；ES为标准条件下的辐照度（常数=1kWh/m2）；PAZ为组件安装容量（kWp）；K为综合效率系数，光伏装置发电量Ep=1194×12.96/1×0.821=1.27×104kWh。本站年用电量23.51×104kWh，实施前后数据对比如表2所示。经过光伏并网装置的实施，使工业站场每年的市电电能消耗降低了5.4%。

表2 年用电量对比表

2.2 对空调所处橇体外壳贴附反射膜

在广西地区进行试验，反射膜的材料应该具有高反射率，以确保能够将太阳光有效地反射到光伏板上；同时使用也需要注意安全问题，避免因为反射膜的安装或使用不当导致人员伤害或其他安全隐患[4]。橇装机柜间内设置1台12kW/380V 壁挂式空调，通过对比安装反射膜前后的温度数据，效果如表3所示。经过粘贴反射膜的实施，使空调的电能消耗降低了25.37%。

表3 安装反射膜前后情况汇总表

3 经济效益分析

通过本文两种对策的实施，均降低了市电电能的消耗，年用电量共降低了2.63×104kWh/a，降耗11.19%，结果如表4所示。

表4 实施前后的年用电量对比表

对于工业站场，通过降低电能消耗，企业可以减少能源成本支出，提高经济效益，本次课题成果中，年用电量降低了2.76×104kWh，地方电网电价为0.7215元/kWh，直接经济效益减少1.99万元；而对于整个地球的环境保护，工业站场使用的电能往往来自燃煤发电，碳排放量每年减少了25.99t。

除此之外的效益分析如下：减少企业的运营成本。如果能够降低电能消耗，就意味着可以减少企业的运营成本，提高企业的盈利能力，这对于企业的长期发展具有积极的影响[5]；有助于提高企业的竞争力。在当今的市场竞争中，企业的成本控制能力成为了衡量企业竞争力的重要指标之一，有效地降低电能消耗就具备了更强的竞争力，可以在市场中获得更大的份额；有助于推动社会的可持续发展。随着全球能源危机的加剧和环境污染问题的日益严重，节约能源已经成为了社会发展的重要议题。降低电能消耗不仅可减少能源的消耗和浪费，还可以降低环境污染和碳排放，推动社会的可持续发展[6]。

4 结语

本文提出了针对性的节能措施和解决方案。降低电能消耗对于经济效益的提升和社会的可持续发展都具有重要的意义。在实际操作中，工业站场可以实现经济效益和社会效益的双赢。通过本文的研究和探讨，希望能够为工业站场的节能减排工作提供有益的参考和借鉴，为推动我国工业领域的可持续发展做出积极的贡献。